基于水平直元線法的稻田開溝犁設計

劉廣元

水稻是我國主要的糧食作物之一，在水稻種植過程中水系排灌是一個重要環節，所以需要在稻田里開出排灌溝，旨在提高開溝效率，改善開溝效果。

一、研究目的與意義

水稻田排水灌溉對水稻產量有著極其重要的影響，而對排灌影響最大的是稻田溝道系統，溝道平整流暢有利于水田的排灌。本課題結合傳統人工開溝方式和現有的開溝機，模擬人工開溝動作，設計一種提高開溝效率，節省勞動力的開溝機。

二、開溝犁體設計

根據開溝的要求，設計相應的開溝犁體。根據開溝的步驟，開溝犁體主要由翻土犁和V 型壓土板兩部分組成，分別完成翻土、壓土兩個步驟。

（一）翻土犁設計

在本設計方案中，翻土犁采用對稱式分布，將土壤翻向犁體兩側，便于后續平土操作，并且能夠相互抵消犁體側向力。

首先繪制曲導線，曲導線是指犁體曲面與豎直平面相交的曲線。為了提升翻土效果，曲導線所在的平面在鏵刃尾部。

犁體曲面通過直元線來控制，直元線與溝墻的夾角即為直元線夾角，直元線夾角是沿著犁體高度變化的，在犁鏵部分為直線變化，犁壁部分為拋物線變化，其中犁壁部分角度變化符合公式：

圖1 犁體三維建模

式中：θz——元線角；z——犁體高度。

在圖形繪制過程中，根據犁體高度調整直元線的角度進行繪制。

在軟件中創建直元線對應高度的基準面，分別在對應高度的基準面上繪制相應角度的直元線，繪制完成后使用曲面放樣工具將所有直元線依次選中進行放樣，生成準犁體曲面，使用加厚工具將準犁體曲面加厚為實體。

設置翻土犁對稱基準面，將基準面另一側犁體切除，使用鏡像工具將犁體鏡像，繪制犁體側面輪廓，使用切除工具將準犁體多余部分切除，最終兩側犁體合為翻土犁。

（二）V 型壓土板設計

V 型壓土板主要執行壓土與抹平兩道步驟，在壓土步驟，采用與水平面成一定角度的擋板，將翻起的土壤壓實，壓實后水平的擋板將頂層的土壤表面抹平。

本課題所設計的壓土V 型板深度與翻土犁相匹配，整體設計為可拆卸式，擋板能夠根據需求進行調整，以調整溝道深度與寬度。

圖2 開溝機工作部件結構（1）電動推桿（2）提升桿（3）翻土犁

三、展望

國內農業對自動化機械有很大的需求，所以自走式開溝機的設計符合現今社會的需求。在本課題后續的研究中，將會完善整體設計，做好一個成熟的產品。